Усилитель напряжения с регулируемой фазой (стр. 5 из 9)

Штриховыми линиями отмечены установившиеся значения токов в дросселях L1, L2 и напряжений на конденсаторах С1, С2 при сигнале задания

. Нарастание и спад токов и напряжений будет происходить по другим законам, чем в установившемся режиме при нулевом сигнале. К примеру, ток в дросселе L1 нарастает под действием разности напряжений , а спадает уже под действием напряжения . Причем всегда выполняется неравенство , т.к. . Параметры ФНЧ берутся одинаковыми: L1=L2, C1=C2.

Чтобы выровнять потенциалы точек а и b в схему включен конденсатор С3. Это необходимо, так как параметры транзисторов VT1-VT4, а также выходных НЧ фильтров имеют разброс. К тому же такая схема позволяет сгладить пульсации напряжения на нагрузке. Такая схема включения позволяет получать на нагрузке напряжения величиной в доли вольт при больших питающих напряжениях, что достаточно важно в нашем случае. К тому же КПД таких схем может достигать величин 85-95% (100% в идеале). Поэтому в качестве выходного каскада усилителя напряжения выбираем данную схему.

Структурная схема усилителя преобразуется к виду, представленному на рис. **.

2. Расчет усилителя

2.1 Расчет генератора синусоидальных сигналов

Как уже говорилось для получения управляющего сигнала синусоидальной формы необходим генератор синусоидального сигнала. В настоящее время есть специальные программируемые микросхемы, предназначенные для генерации синусоидального сигнала. Одним из таких типов микросхем является микросхема ML2035. Схема его подключения показана на рис. **. Для его работы необходим счетчик, реализованный на микросхеме MM74HC4060SJ и 8-и битный регистр со сдвигом MM74YC165SJ, с параллельным вводом и последовательным выводом двоичного числа.

Рис. **. Схема подключения микросхемы ML2035

Микросхема MM74HC4060SJ используется одновременно и как генератор и как таймер. На его входы CLK и CLK1 поступают тактовые импульсы от цепочки, состоящей из резистора R1, конденсаторов С1 и С2 и кварцевого резонатора ZQ1. Сигнал на выходе Q5 в течение 16 тактовых импульсов держится на уровне логической единицы. В первые 8 тактовых импульсов микросхема последовательно выводит 8-и битный код, со входов A - H на выход Q, начиная с младшего разряда. Код выбирается из таблицы **.

Таблица 1

Частота кварца, МГц	Частота выходного сигнала, Гц	Кодировка MM74HC165SJ(ABCD EFGH)	Ошибка заданиявыходной частоты, %
4,00	50	1001 0110	0,14
4,194304	50	1001 1011	0,00
6,00	50	1011 1001	0,14
8,00	50	1100 1011	-0,82

В это время на входе SI регистра тоже действует сигнал высокого уровня. Это означает, что следующие 8 тактов на выходе Q будет сигнал логического нуля.

Вход SCK микросхемы ML2035 и вход CLK регистра со сдвигом синхронизируются от различных выходов счетчика. Микросхема MM74HC165SJ выводит следующее значение на выход Q по фронту импульса на входе CLK, а ML2035 фиксирует это значение на своем входе SID по фронту импульса на входе SCK.

Когда сигнал на выходе Q5 снова переходит на ноль, на выходе Q6 сигнал переходит на единицу (см. рис. **).

Рис. **. Графики работы счетчика MM74HC4060SJ

Этот сигнал сбрасывает счетчик, а на вход LATIML2035 поступает короткий импульс (см. рис. **)

Рис. **.

Резистор R2, включенный между входом Reset и выходом Q4, удлиняет длительность импульса на входе LATI до 50 нс. LATI – это цифровой вход, который фиксирует последовательные данные во внутренней памяти по спаду импульса.

В результате на выходе получаем сигнал синусоидальной формы с частотой 50 Гц и размахом от

до .

Теперь необходимо модернизировать эту схему так, чтобы была возможность синхронизации ее от сети. Для этого применим следующую схему (рис. **).

Рис. **. Схема синхронизации от сети

Чтобы понизить сетевое напряжение используем трансформатор небольшой мощности со средним выводом типа ** с напряжением на вторичной обмотке

. От этого же трансформатора будем осуществлять питание сигнальной части схемы усилителя напряжения. Для этого используем стабилизаторы напряжения типа LM78L05AC и LM79L05. Напряжение на выходе стабилизаторов меняется в пределах от до при изменении напряжения на входе от до и токе потребления в пределах от 1 до 40 мА.

Емкости фильтров С1 и С2 можно определить по приближенной формуле

,

где

– мощность на выходе стабилизатора (предварительный расчет);

– КПД стабилизатора;

– действующее значение напряжения на вторичной обмотке трансформатора;

– амплитуда пульсаций напряжения на выходе;

– пульсность схемы.

Максимальная амплитуда сигнала на входе компаратора DA3 равная

будет при напряжении питающей сети . Тогда при имеем . Задаваясь током через резисторы R1,R2 находим их номиналы:

;

,

где

- напряжение на обмотке 3-4 трансформатора TV1.

Чтобы выровнять входные токи поставим резисторы R4 = 1 кОм и

. Так как компаратор имеет выход с открытым коллектором, в схеме предусмотрен резистор .

Сигнал с выхода компаратора DA3 и от микросхем DD1 и DD2 поступают на входы мультиплексора DD5 (рис. **)

Когда переключатель находится в верхнем положении, указанном на схеме, сигналы к синтезатору ML2035 подаются так, как это указано на рис. **(с ML2035). Синтезатор работает в режиме внутренней синхронизации. Если переключатель находится в нижнем по схеме положении, то синтезатор начинает работать в режиме синхронизации от сети. Моментом синхронизации является точка перехода через ноль сетевого напряжения от отрицательной к положительной полуволне. Чтобы не было срабатывания в момент перехода через ноль с положительной в отрицательную сторону, в схему включены логические элементы 2И-НЕ. Чтобы синхронизация не сбивалась, т.е. чтобы синхроимпульс приходил не раньше, чем сетевая синусоида перейдет через ноль, увеличим частоту сигнала на выходе ML2035. Для этого будем коммутировать два младших разряда регистра MM74HC165SJ. В режиме синхронизации от сети значение двоичного кода на входе регистра – 10011000, что при частоте кварца ZQ равной

соответствует выходной частоте 51,5 Гц.

Чтобы ограничить входной ток мультиплексора включим резистор

.

Фаза задающего сигнала регулируется схемой, представленной на рис. **. Это два активных фильтра нижних частот, включенных последовательно.

Рис. **. Фазовращатель

Сигнал через фильтр проходит без усиления. Резисторы

. Тогда резисторы определяются как:

, .